Evaluación técnica y económica de proyectos de hidrógeno verde en edificación, industria y transporte

Abstract

Recientemente, el uso de hidrógeno como vector energético, incentivado por la Unión Europea, se postula como uno de los métodos de almacenamiento energético con mayor potencial. Asimismo, permite reducir considerablemente las emisiones de gases de efecto invernadero derivadas del uso de combustibles fósiles. En esta línea, se ha diseñado un sistema de producción de hidrógeno verde, a partir de energía obtenida mediante paneles fotovoltaicos. Dicha energía se aprovechará en un electrolizador, para generar hidrógeno por electrólisis de agua desionizada. El presente trabajo desarrollará sistemas de aprovechamiento de energía solar para tres edificios particulares: una vivienda unifamiliar, con el objetivo de cubrir al máximo posible la demanda eléctrica y térmica (calefacción y agua caliente sanitaria); una industria química de fertilizantes, empleando el hidrógeno como materia prima del proceso productivo de fertilizante de urea granulada y una gasolinera, con la finalidad de suministrar hidrógeno como combustible a vehículos de pila de combustible. En el caso de la vivienda se han evaluado dos variantes distintas: el vertido a red de la energía sobrante (y su correspondiente compensación económica) y la posible venta del hidrógeno sobrante en periodos estivales de alta producción. Con el objetivo de evaluar la rentabilidad de los proyectos, se han estimado los siguientes parámetros para un tiempo de vida de 20 años: VAN, TIR y payback. Se han tenido en cuenta los gastos de inversión inicial (equipos, servicios auxiliares, gastos de instalación y puesta en marcha), ingresos, ahorros y gastos de mantenimiento y de operación. Los tres casos resultan económicamente viables, siendo el más rentable el caso de la industria de producción de fertilizantes, seguido por la gasolinera y, en último lugar, la vivienda unifamiliar. Finalmente, se ha realizado un análisis de las emisiones de efecto invernadero evitadas con la producción y uso del hidrógeno verde generado. Recently, the use of hydrogen as an energy vector, encouraged by the European Union, is considered as one of the energy storage methods with a greatest future potential, since it allows a considerable greenhouse gas emissions reduction, derived from the use of fossil fuels. Along this line, a green hydrogen production system has been designed, using the energy obtained from solar panels. That energy will be used in an electrolyzer, to produce hydrogen by the electrolysis of deionized water. This work develops a solar energy harnessing system to generate hydrogen, which has been settled for 3 particular buildings: a single family home, in order to satisfy, as much as possible, the electric and thermal needs (heating and domestic hot water); a fertilizers industry, using hydrogen as a raw material in the productive process of granulated urea and a fuel station, to supply pure hydrogen as fuel for fuel cell vehicles. Two different options were evaluated for the familiy home: the energy surplus is discharged to the power grid, with its economic retribution, and a future potential hydrogen excess sale in summer months, when the solar production increases and the generation exceeds the demand. In addition, in order to evaluate the profitability of the projects, the following parameters were calculated for a life expectancy of 20 years: VNA, IRR and payback. The considered economic data was the one related with investment costs (equipment, auxiliary services, installation costs and start up), revenues, savings and maintenance and operating expenses. All three cases turned out to be profitable, being the fertilizers industry the most, followed by the fuel station and, in last place, the single family home. Finally, an analysis of the greenhouse effect emissions avoided with the production and use of the green hydrogen generated has been carried out.